Как собрать 3D-принтер. Пошаговая инструкция

Все мы любим создавать что-то своими руками. Будь то скульптура, картина или какой-то механизм - желание творить есть почти у каждого человека. 

По этой причине вы решили собрать 3D-принтер своими руками или просто ради интереса читаете эту статью - неважно. Вы пришли куда надо, потому что здесь мы поэтапно разберемся, как создать 3D-принтер самостоятельно.

Крайне маловероятно, что вы читаете эту статью, не зная ничего о 3D-принтерах, однако если всё же вы не знаток в этой области, рекомендуем ознакомиться с другим нашим материалом. Вот в этой статье мы подробно рассказали, как работает 3D-принтер и рассмотрели его устройство: 

Устройство 3D-принтера, его разновидности и принцип работы. Создание 3D-модели и ее печать

Два пути сборки 3D-принтера своими руками. Плюсы и минусы самостоятельной сборки

Пожалуй, стоит начать с того, что самодельный принтер - это де-факто тот же самый 3D-принтер, что можно приобрести в готовом виде. Само по себе устройство и принцип работы абсолютно идентичны, поэтому единственное, что может их различать - индивидуальность сборки самодельного принтера и отличие конкретных комплектующих.

Есть два пути сборки 3D-принтера своими руками:

1. С использованием укомплектованного набора для сборки

2. Полностью самостоятельная сборка - усложненный вариант без инструкции и с большей ответственностью 

Стоит понимать, что при одинаковом процессе сборки и полученном опыте в первом случае вы почти стопроцентно и без потери нервов на выходе получите работоспособный и приличный принтер. 

В это же время при полностью самостоятельной сборке вся ответственность за возможные ошибки при выборе деталей , проектировке и не только, будет оставаться на вас. При этом само время создания увеличится в несколько раз за счет того, что в готовом наборе уже предусмотрено - например, диск с подготовленной электронной базой для принтера и полностью описанным процессом сборки. Впрочем, подробнее об этом поговорим чуть ниже.

Теперь перейдём ближе к теме и посмотрим, какие конкретно плюсы и минусы есть у самодельного принтера.

Плюсы

Более низкая стоимость в сравнении с готовыми вариантами

Цены на 3D-принтеры начинаются с 12 тыс. рублей, и в первых рядах наиболее выгодных позиций стоят именно наборы для сборки.

Кстати, ознакомиться с такими комплектами на нашем сайте можно здесь: Наборы для сборки

Стоит понимать, что речь идёт о полностью укомплектованных наборах. Конечно, при самостоятельном поиске комплектующих можно даже уложиться в бюджет до 10 тыс. рублей, однако насколько это будет оправдано - большой вопрос. Посудите сами: оптовые цены на детали для массового производства в любом случае ниже розничных экземпляров, поэтому основная накрутка денег происходит за сборку 3D-принтера. В готовых наборах эта накрутка будет минимальна по понятным причинам, а вот при экономии средств велик шанс покупки либо неподходящих компонентов, либо вовсе негодных для сборки.

Возможность кастомизации

При самостоятельной сборке 3D-принтера вы вправе выбирать, какие комплектующие и с какими характеристиками вам больше нравятся: стол для печати с подогревом или без, размер области печати, материалы каркаса и его конструкция, один экструдер или несколько и т.д. Естественно, заменить комплектующие можно и в готовом принтере, однако не всегда выйдет сделать это из-за конструкционных особенностей того или иного принтера.

Ценный опыт и знания

Не секрет, что информация, подкрепленная собственным опытом, самая ценная и запоминающаяся. Здесь это применимо: пожалуй, лучшего способа узнать устройство 3D-принтера, чем при его поэтапной сборке своими руками, не придумаешь.

Теперь перейдём к минусам.

Минусы

Процесс сборки

Да, никто и не говорит, что сборка 3D-принтера своими руками займет часик-другой. Вот только тут рассмотрение минуса кардинально разнится в зависимости от выбранного вами пути сборки: если вы выбрали набор, то особых трудностей возникнуть не может. Все детали заранее укомплектованы и подогнаны друг под друга, а сам комплект неизменно входит инструкция по сборке и прилагается электронный носитель для прошивки принтера. Прямо-таки прокаченный конструктор!

А вот при полностью самостоятельной сборке всё не так однозначно. Да, при ответственном подходе к делу можно свести все проблемы на минимум, однако сам процесс в любом случае будет длиться намного дольше в сравнении с первым вариантом за счет очевидных факторов: поиск и приобретение деталей, сбор информации, выбор схемы и прошивки принтера, подгонка деталей и т.д.. Ну а с возможными ошибками придется разбираться только вам. Естественно, в этом случае можно получить чуть больше информации и опыта в сравнении со сборкой готового набора, однако велик шанс вообще все испортить. Поэтому без опыта работы с 3D-принтерами и/или если вы не уверены в свои силах, полностью самостоятельную сборку выбирать вовсе не стоит.

Теперь вернемся к сути минуса. Возможно, придётся просидеть не один вечер за деталями, чтобы качественно и без косяков собрать рабочий 3D-принтер самому. С другой стороны, если человеку некогда этим заниматься, он бы изначально не рассматривал вариант со сборкой 3D-принтера своими руками. Поэтому если вы из тех, кто не боится этого дела - вам можно только позавидовать, ведь этот процесс уж точно подарит непередаваемые ощущения и опыт. А как потом будет приятно наблюдать за работой собственноручно собранного устройства!

Настройка принтера

Очевидная дополнительная работа, вытекающая из факта сборки принтера своими руками. Однако тут опять происходит расхождение: при сборке набора все детали заранее подогнаны друг под друга, что нельзя сказать про самодельный вариант. Поэтому и калибровка во втором случае будет сложнее.

Выбор прототипа 3D-принтера для сборки своими руками

Кинематика

Наиболее распространены в использовании филаментные и фотополимерные принтеры, однако в подавляющем большинстве случаев для сборки принтера своими руками выбираются FDM-принтеры, использующие в печати расплавленный пластик (филамент). Поэтому и рассматривать для сборки будем именно FDM-принтер.

Вкратце, суть данной технологии следующая: с помощью подвижных элементов конструкции происходит перемещение экструдера (и, возможно, стола для печати) по рабочей области в соответствии с заданным на электронном носителе образцом печати, при этом в экструдере происходит нагрев и выталкивание через сопло расплавленной пластиковой нити (филамента) на стол для печати, за счёт чего и происходит послойное создание модели.

Теперь по конструкции. По большему счету все принтеры различаются за счёт кинематики движения. Это может быть кинематика H-bot, CoreXY, Delta, конструкции с подвижным столом (Prusa, Felix, Cube) и др. Однако наиболее распространенной, в частности, для самостоятельной сборки, является кинематика 3D-принтера типа Mendel. Ее мы и рассмотрим.

Суть данной конструкции в следующем: по оси Y с помощью зубчатых ремней и шаговых моторов перемещается стол для печати. По оси Z с помощью винтовых направляющих перемещается рама, внутри которой находится механизм перемещения экструдера по оси X и, собственно, сам экструдер. Таким образом, слаженная работа всех вышеперечисленных узлов и приводит в действие процесс печати (изображение ниже для наглядности).

Принтер на фото: Anycubic Mega-S

Для самостоятельной сборки можно выбрать в качестве прототипа принтеры типа Mendel или Prusa, информации по которым вполне достаточно в различных источниках в Интернете.

Принтер типа Mendel

Электронная база принтера

На данный момент есть множество разнообразных способов снабдить принтер электронными “мозгами”, однако наиболее распространённый вариант это использовать плату Arduino (в частности, Arduino Mega 2560), установленную на специальный “шилд” (что-то вроде материнской платы, только для 3D-принтера) вкупе с драйверами мотором и др.

Arduino Mega 2560

Для прошивки понадобятся среды Arduino IDE и Marlin (последняя и является по сути конституцией принтера, задающей правила его работы). Для дальнейшей настройки удобно использовать программу Pronterface (о ней поговорим ближе к концу статьи).

При приобретении готового набора этапы прошивки также придется пройти, однако в этом случае все сопровождается инструкцией и все нужные файлы прилагаются к комплекту, так что ничего искать в сети не придётся.

Итак, предположим, вы выбрали мастер-модель и определились с прошивкой. Теперь перейдем к конструкции принтера.

Детали самодельного 3D-принтера. Приобретение запчастей для сборки принтера своими руками

Для знакомства с устройством 3D-принтера рассматриваются самые видные и понятные по функционалу узлы. В случае со сборкой принтера своими руками более правильно будет распределить элементы конструкции по группам схожести. В частности, такими комплектами эти составляющие зачастую и продаются, так что де-факто это список для покупок.

Однако даже при выборе готового комплекта не будет лишним прочесть этот пункт для общего развития в теме. Итак, приступим:

Корпус (рама, каркас)

При сборке самодельных принтеров в основном ограничиваются открытым корпусом. Поэтому основой для конструкции послужит рама. Ее можно собрать из металлических шпилек, металлопрофиля или просто вырезать из фанеры или листового металла на ЧПУ-станке или даже просто лобзиком (вспоминаем уроки труда в школе).

Пример самодельного корпуса для 3D-принтера

А вот и пример рамы из фанеры

Универсальный элемент конструкции 3D-принтера, шпильки - стальные прутья с нарезанной резьбой. Из шпилек может составляться основание принтера, на них крепятся ремни для перемещения печатного стола, а также шпильки используются как направляющие для перемещения экструдера по оси Z. 

Вкупе с гайками они удобны для точной сборки конструкции 3D-принтера и легки в настройке, а их доступность и дешевизна не оставляют шансов остаться невостребованными для сборки 3D-принтера своими руками.

Приобрести шпильки можно практически в любом строительном магазине или рынке.

Рама принтера, собранная целиком из шпилек

Как видно на иллюстрации выше, шпильки скрепляются разнообразными по форме узлами крепления. Зачастую эти узлы и печатают на 3D-принтере, поэтому приобрести их на тематическом ресурсе также не проблема. Однако в зависимости от выбранных материалов и конструкции корпуса можно обойтись и более подручными средствами, например, металлическими уголками, той же фанерой и, в некоторых случаях, даже простыми пластиковыми стяжками.

Реализация кинематики

В этот список входят:

1. Шаговые двигатели (моторчики)

2. Зубчатые ремни

3. Шестеренки, колесики и т.п.

4. Направляющие и др.

Слева - шаговый мотор, справа - моток зубчатого ремня

Электрика принтера

1. Платы управления током и всеми узлами 3D-принтера, использующими ток, драйвера моторов

2. Панель управления принтером

3. Провода, кабели и др.




4. Стоп-энды (концевые выключатели) - концевые датчики касания, нужны для определения конечного положения двигательных элементов принтера по осям)

Также вне экструдера могут использоваться вентиляторы охлаждения, блоки аварийного питания и прочие обвесы, однако это всё не обязательно. А вот что обязательно, так это кабель питания самого 3D-принтера :)

Детали экструдера

Половину составляющих экструдера можно причислить к 1 или 2 пункту, однако для разбора устройства экструдера рассмотрим их отдельно:

1. Основа экструдера. Можно покупать детали для основы отдельно, однако для примера возьмем уже собранный вариант:



2. Шаговый мотор и зубчатые колеса. Мотор приводит в движение колесики, которые, за счёт сцепления зубьев с пластиковой нитью, протянутой в специальное отверстие в экструдере, проталкивают ее к нагревательному элементу и далее, через сопло - наружу.




3. Нагревательный элемент. В названии кроется функционал - термоэлемент разогревает пластик и приводит его в расплавленное состояние.




4. Вентиляторы охлаждения. Нужны для охлаждения нагревательного элемента, однако могут использоваться дополнительные вентиляторы для обдува сопла и напечатанного слоя (за счет этого ускоряется затвердевание слоя, что уменьшает возможность деформации модели в процессе печати) .

Стол для печати

Ну и в завершение - рабочая область. В принципе, можно ограничиться просто квадратным куском стекла, вырезанным по размеру рабочего пространства, однако можно и приобрести стол с подогревом - на нем поддерживается теплая температура во время печати, что предотвращает возможную деформацию нижних слоев модели из-за перепада температур. 

Итак, с деталями для сборки 3D-принтера своими руками мы разобрались. 

Большинство из комплектующих на нашем сайте можно найти по этой ссылке: Запчасти для 3D-принтера

Теперь же перейдём к самому процессу сборки.

Сборка 3D-принтера своими руками

Сборка принтера с использованием готового комплекта составляющих

Как мы уже говорили, в варианте с готовым набором все детали уже подогнаны друг под друга, поэтому достаточно следовать инструкции и аккуратно и внимательно выполнять каждый этап сборки. В этом случае процесс будет так же увлекателен, как сборка конструктора, а особых проблем возникнуть не должно. Впрочем, за исключением некоторых моментов процессы сборки набора и с нуля идентичны, поэтому следующий пункт будет также актуален и для этого варианта.

Сборка 3D-принтера из разных комплектующих

В процессе сборки принтера с нуля может вылезти много косяков, особенно если не предусматривать нюансы при проектировке, однако главная загвоздка это правильно подогнать детали друг под друга, чтобы конструкция была ровной, крепкой, и, главное, рабочей.

1. Итак, первый этап - сборка корпуса. Соединяем воедино раму, шпильки и крепежные элементы согласно схеме. Болтики, гайки, шурупы и стяжки - в помощь.

2. Второй этап - установка приводов. На этом этапе нужно разместить шаговые двигатели, шпильки, направляющие, шестерни и прочие детали на свои места. Далее - установить зубчатые ремни и соединить остальные элементы в комплексный механизм согласно выбранной конструкции 3D-принтера.

3. Основа принтера готова. Устанавливаем стол для печати на его законное место и закрепляем.

4. Теперь черед электроники. Согласно чертежу или изображению помещаем на место платы, ставим концевые выключатели (датчики) и закрепляем винтами. Тоже самое и с экструдером - собираем воедино термоэлемент, зубчатые колеса и шаговый двигатель и прикрепляем вентиляторы.

5. Пора задуматься о проводке. Подключаем соответствующие кабели в нужные разъемы, если нужна пайка - паяльник в помощь. Главное - не спешить: если изначально неразумно разместить провода, то чтобы потом разобраться в получившейся “паутине” можно потратить много времени, а это совершенно ни к чему.

В общем виде работа завершена. Плюс-минус могут быть нюансы сборки, которые мы не учитывали, однако они диктуются конкретно выбранной кинематикой и другими особенностями схемы выбранного 3D-принтера.

Запуск и калибровка 3D-принтера

Теперь нужно вдохнуть жизнь в пока что неподвижный механизм. Для этого вспоминаем то, что мы обговаривали в пункте 2.2: Arduino IDE и Marlin. Если вы собираете принтер полностью самостоятельно, то информацию по прошивке придется поискать на соответствующих интернет-ресурсах.

Теперь, как мы и говорили, для настройки и работы с 3D-принтером будем использовать программу Pronterface.

Внешний вид программы Pronterface

Pronterface будет хорошим помощником в калибровке принтера и не только - функционал у программы довольно обширный. Т.к. конкретно в этой статье мы описываем всё в общих чертах, гайд по данной программе здесь делать не будем. Благо проблем найти видеоролик либо статью с объяснением функционала этой утилиты не будет.

Тем не менее, одним ПО не обойтись. В первую очередь нужно отрегулировать концевые датчики, откалибровать ровное положение стола для печати (для этого будет удобен лист бумаги - сопло экструдера должно оставлять на нём равномерный легкий след при передвижении). Однако при правильной сборке (и, соответственно, отсутствии крупных дефектов в конструкции 3D-принтера) первая калибровка будет не намного объемнее последующих, которые так или иначе придётся проводить время от времени при работе с принтером.

Итог 

Вот мы и рассмотрели в общих чертах процесс подготовки к созданию и саму сборку 3D-принтера своими руками. Пожалуй, стало понятно, что при желании собрать 3D-принтер своими руками не стоит торопиться и пытаться сделать абсолютно все самостоятельно. Да, у этого метода есть свои плюсы, однако без опыта велик шанс того, что в ходе реализации возникнет много трудностей и проблем, что вовсе может привести к провалу идеи и потере интереса к 3D-печати.

Намного проще и разумнее для новичков будет приобрести готовый набор для сборки. При почти тех же затратах средств вы потратите намного меньше сил и времени на сборку, что, в свою очередь, делает этот вариант даже более экономически выгодным. При этом вы получите тот же опыт и знания, что и при сборке 3D-принтера с нуля.

Тем не менее, какой бы вариант вы не выбрали, по итогу сборки вы получите ценный опыт, домашнюю мини-фабрику, достаточно нужную и используемую в быту, и просто хорошо проведёте время. Поэтому ответ на вопрос, стоит ли собирать 3D-принтер своими руками при наличии такового желания - однозначно да :)

Спасибо вам за прочтение статьи. Успехов на поприще 3D-печати!